专利名称：天然地基的微孔处理技术的制作方法
(一)技术领域天然地基的微孔处理技术是在肯定天然地基的承载能力是一种运动、变化、发展中物质的前提下，按照系统科学的基本原理，用灰土桩基础的生产性模拟成就建立起来的一种工作方法，它要保护的技术方案有三个一个是推行地基与基础一元化设计，第二个是在桩身与天然地基之间打造一个“中介”区域，第三个是建立建筑基础设计的科技与经济一体化生产方式，它们都属于建筑基础设计的技术领域。
(二)背影技术陕西的同志在研究灰土桩复合地基时意外地发现在同等地质条件下灰土桩的承载能力还要高于混凝土桩的事实(1975)。发明人认为作为一种现象它不仅把桩基的一维受力变成了三维课题，并且天然地基作为一个环境条件，这又引出了深刻的系统规律，特别是对于高含水量软弱地基来说，如果我们用疏干法排除了桩孔土壁中的多余水分而后进行制桩操作，那么通过定向加固就绕过了太沙基的固结理论“在水没有被空气代换的条件下，引起饱和土含水量减少的每一过程，叫做固结过程”，这就在系统演化方面迈出了关键的一步，解决了天然地基的量化处理问题。
为了验证这一见解，发明人结合洛阳电信局一栋座落在高难软弱地基条件下五层住宅楼的建设，用灰土桩基础作模型，对建筑基础改革问题进行了系统的生产性试验和应用研究，并取得了完全成功(1978)。表1是它的现场试桩情况一览表，图1是这八根试验桩的P-S曲线汇总图，图2是制桩前后天然地基承载能力变化情况的对比图(以上资料摘自第七届土力学及基础工程学术会议论文集第596、597页)。1985年，发明人又应试桩情况一览表 表1
邀用更高一级的灰土桩基础解决了洛阳市建委一栋地质条件更差的五层教学楼的设计任务，后来有关单位又以这两项工程作范例在洛阳推广应用了20多万m2的建筑工程，1990年河南省还形成了一部“灰土桩基础工法”。尽管灰土桩基础不是真正意义上的桩基础，但它却用生动的事实向世人宣告建筑基础改革的出路就是开发工程地质资源，完善基础设计，发展土力学理论，建筑基础改革的对策就是运用运筹学的基本原理来协调解决建筑基础设计过程中物和事的关系问题。
发明内容一、实行地基与基础一元化设计灰土桩基础是一种分节段强力成型的制桩方法，它的每一个制桩段都是打在天然地基中的一个“楔样变”，整个桩身犹如穿在一起的一串楔子，并被紧紧地嵌固在已经经过加固处理的天然地基之中，如果我们把桩身材料的径向扩张当作生产力的横向转化，那么这根桩在工作时就是生产力的纵向继承。这个道理好象十分简单，但它却从方法论上解决了建筑基础改革的出路和对策问题。经对洛阳电信局工程的现场试桩实测，d＝45cm、L＝3m的灰土桩基础的单桩破坏荷载为45～51t，通过分析它把桩周土的容许摩擦力由规范规定的不足2t/m2，一下子提高到11t/m2以上，并且在破坏之前桩顶的累计沉降也只有8～11.4mm。这一结果是土力学理论，灰土材料技术都无法解释的。为了验证这一效果，在设计上我们又作了一个大胆尝试，就是把(施工图阶段的)地质勘察、地基处理、基础设计这三项工作融为一体，通过施工过程一并解决，电信局工程是这样，市建委工程也是这样，并且都获得了成功，特别是市建委工程在建成四年后又加盖了一层，情况仍然很好。由此，我们就可以得出一个结论灰土桩基础的模拟研究，已经把工程建设中基础设计由认识地基、顺应地基推到了改造地基、驾驭地基现代科学的高度，并形成了一种新的工作方法叫地基与基础一元化设计。这是在肯定天然地基承载能力运动、变化、发展为本原的前提下来确立人的主体地位，突出基础工程的主导作用，使工程建设中的基础设计成为一个具有双向目标结构的工作过程。
二、在桩身与天然地基之间打造一个“中介”区域桩顶的荷载呈纵向传递，而它的应力在基土中则是径向分布，因之基土的承载能力如何是桩基设计的一个决定因素，但天然地基是一个非线性体系，这就极大地增加了桩基工程设计的难度。为了解决这个问题，发明人在一元化方法中提出的双向目标结构，一个是改变桩身体型，再一个是解决天然地基的非线性问题。事实上这是两个不同方面的同一个问题，根据李雅普诺夫的研究，在非线性体系中得到一个同维的线性方程，是非线性系统局部稳定性的结论。在系统科学上把这种方法称为非线性系统的线性稳性分析(《系统科学》第59页)。
我国自古就有向软弱地基中砸入石子、砖渣来加固地基的事实，但在板式基础中它的作用仅仅是缓解地基表层土的塑性变形，其作用是非常有限的。如果我们把这一做法移植到桩基工程中来(为此，发明人曾经提出过振动沉管灌注打桩机的研制计划，并得到了上级主管部门的认可，豫革建党字[79]第277号文件曾作有记载)。并利用现行振动沉管打桩机的挤土成孔，复打加密这一基本动作，反复向桩周的软弱地基中挤入石子、砖渣、干水泥粉等固相物料，那么通过定向加固我们就在天然地基这个半无限体中建造出一个由再造土的类别、改变土的状态、重构地基土体存在方式为环境条件组成的具有楔形断面的桩形式的载重基础。即它以桩的形式去承受上部结构的荷载，而在桩周被加固处理过的侧土压力支承下来进行工作的桩基技术。用马克思主义哲学的话说，它就是桩身与天然地基矛盾结构中的一个“中介”，即制桩时通过它来加固地基，工作时天然地基又利用它来支承桩顶荷载，作为一个潜在的中间形态，它是唯一的一个可以接受人的处置的物质。
尽管以上作法还没有经过实践检验，但它却从三维空间的几何关系上验证了三轴压缩，从层层迭加的“楔样变”中引进了库伦土压力理论(S＝C+6tgφ)，并且作为一个系统工程，它也完全符合热力学第二定律运动的方向性的基本要求。至于它的技术经济意义参照(74)规范表41的规定，我们可以把承载能力只有几吨的天然地基一下子提到百吨以上，这当然是一次质的飞跃。如果说本微孔处理技术算得上用系统塑造环境的一种尝试，那么这也可能就是系统科学发展史上一个绝无仅有的案例。因为在土壤中存在的摩擦、粘滞等现象的阻尼运动是任何介质都不具备的。
同时，发明人也必须指出用这种方法处理地基干旱土不行，饱和土也不行，象其它地基加固方法一样它也有一个优化含水量的要求。
三、建立建筑基础设计的科技与经济一体化生产方式灰土桩基础模拟研究的最大贡献是把天然地基由自然资源变成劳动对象，并使之进入生产力系统，特别是一元化设计把工程建设中的地质勘察、地基处理、基础设计融入施工过程一并解决，这不仅体现了建筑基础设计在系统科学上的意义，并且因为这三项工程中的每一项工作都包含着许多工序、过程和分部分项工程，近代科学经过300年的发展，人们在这方面已经积累了丰富的经验，掌握了许多方面的技能，所以在桩基设计中只要树立了环境意识，实施了一元化设计，那么按照比尔的关于“系统是具有动力学联系的诸元素之内聚统一体”的定义(《系统科学》第28页)，我们就可以全方位、全过程地把它们纳入生产过程。这里所说的全方位是指包括了高新技术、中等技术、应用技术，甚至日常技术在内的全部科学技术；它的全过程是指开发工程地质资源，完善基础设计，发展土力学理论的每一道工序、每一个过程、每一项分部分项工程都带有科技附加值。使工程建设中的基础设计成为一门由新的生产力和新的生产关系组成的一个新的生产方式，即科技与经济一体化生产方式。按照马克思主义哲学关于“人们的生产方式是社会运动的主体”的论断(《辩证唯物主义和历史唯物主义原理》第47页)，天然地基的微孔处理技术也将会带来一场社会革命，这就是建筑基础改革。
综上所述，天然地基的微孔处理技术不仅结束了形而上学自然观的束缚，跃过了辩证唯物主义的对立统一规律的分析方法，而进入到系统科学发展观的行列，一步跨越了300年的历史，但更主要的是它为建筑基础改革提出了一个明确的奋斗目标，也解决了建筑基础设计发展史上这个迟到的进化。
图3是它的一个标有三个“楔样变”的桩基模式图。图中以虚线AB为界，其下是工程地质，其上为天然地基，前者是一个认知问题，后者是一门行为科学，它们是两个完全不同的概念。
具体实施方式
天然地基是自然的产物，各种情况千差万别，为了说明问题现以干旱土为例把它的实施方法说明如下。它的施工程序是先用洛阳铲在桩位上造一小孔，而后向孔中持续注水，使其周围的基土进入饱和状态即可进行制桩操作。它的操作过程是先用打桩机挤土成孔，而后是复打加密，三打再加密，甚至是再再加密，至于用何种固相物料，这要根据设计要求，打桩机功率，以及桩周土层的孔隙比情况来决定，具体的量化答案这要在工程实践的基础上通过土力学和统计物理学来解决，本发明提供的仅仅是一种工作方法。
权利要求
1.天然地基的微孔处理技术只有一个独立的权利要求就是建筑基础改革，即把工程建设中的基础设计由认识地基、顺应地基推到改造地基、驾驭地基现代科学的高度，其技术特征是通过桩身材料的径向扩张来对天然地基进行定向加固、量化处理，并在加固应力与使用应力之间建立起一个量的关系，这是一个运用运筹学的基本原理来协调解决建筑基础设计中物和事关系问题的一种工作方法。
2.根据权利要求1中所述的运用运筹学的基本原理来协调解决建筑基础设计中物和事的关系问题，作为一个过程它的技术特征是把工程建设中的基础设计变成地基与基础的一元化设计，这是在肯定天然地基承载能力运动、变化、发展为本原的前提下来确立人的主体地位，突出基础工程的主导作用，使工程建设中的基础设计成为一个具有双向目标结构的工程过程；当然，这也是一个把地质勘察、地基处理、基础设计这三项工作融为一体，通过施工过程一并解决的工作方法。
3.根据权利要求2中所述的使工程建设中的基础设计成为一个具有双向目标结构的工作过程，一个是改变桩身体型，再一个是解决天然地基土体的非线性问题，其技术特征是把我国自古就有的向软弱地基中砸入石子、砖渣来加固地基的做法移植到桩基工程中来，并利用现行振动沉管打桩机的挤土成孔，复打加密这一基本动作，反复向桩周的软弱地基中挤入石子、砖渣、干水泥粉等固相物料，最后在天然地基的半无限土体中建造出一个由再造土的类别、改变土的状态、重构地基土体存在方式为环境条件组成的具有楔形断面的桩形式的载重基础，即它以桩的形式去承受上部结构的荷载，而在桩周被加固处理过的侧土压力支承下来进行工作的桩基技术，它是桩身与天然地基矛盾结构中的一个“中介”，作为一个潜在的中间形态，它是唯一的一个可以接受人的处置的物质。
4.根据权利要求3中所述的矛盾结构中的“中介”，作为桩基工程的一个环境条件，其技术特征是我们就可以全方位、全过程地把它纳入生产过程，这里所说的全方位是指包括了高新技术、中等技术、应用技术，甚至日常技术在内的全部科学技术；它的全过程是指开发工程地质资源，完善基础设计，发展土力学理论的每一道工序、每一个过程、每一项分部分项工程都带有科技附加值，使工程建设中的基础设计成为一门由新的生产力和新的生产关系组成的一种新的生产方式，即科技与经济一体化生产方式。按照马克思主义哲学原理它将会带来一场社会革命，这就是建筑基础改革。
全文摘要
天然地基的微孔处理技术是在肯定天然地基的承载能力是一种运动、变化、发展中物质的前提下，按照系统科学的基本原理，用灰土桩基础的生产性模拟成就解决了建筑基础设计中的三大技术难题开发工程地质资源，完善基础设计，发展土力学理论，把工程建设中的基础设计由认识地基、顺应地基推到了改造地基、驾驭地基现代科学的高度，这不仅结束了形而上学自然观的束缚，跃过了辩证唯物主义的对立统一规律的分析方法，而进入到系统科学发展观的行列，一步跨越了300年的历史，并且，它为建筑基础改革提出的奋斗目标，也成为建筑基础设计发展史上的一个迟到的进化。附图是一个标有三个“楔样变”的桩基模式图。
文档编号E02D27/00GK1873109SQ20061009394
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月24日 优先权日2006年6月24日
发明者王敏 申请人:王敏